JPH09259913A

JPH09259913A - Fuel cell power generator and operating method thereof

Info

Publication number: JPH09259913A
Application number: JP8066115A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Taniguchi; 忠彦谷口; Katsunori Sakai; 勝則酒井; Toru Yajima; 亨矢嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池積層体の損害を最少限に抑制し、燃料
電池積層体の長寿命化を図る。【解決手段】単電池積層体２の少なくとも１個の単電池
１に、その単電池１の平面方向の電流分布を検出する直
流電流検出手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃが少なくとも１
個配設され、反応ガスの供給流量および負荷電流を制御
する制御手段２３を備え、この制御手段２３は直流電流
検出手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出した電流分布
と、予め設定した基準電流の許容範囲とを比較し、許容
範囲を越えた場合、単電池積層体２に供給する反応ガス
の供給流量および負荷電流２０の少なくとも一方を制御
する。 (57) [Abstract] [PROBLEMS] To suppress damage to a fuel cell stack to a minimum and to extend the life of the fuel cell stack. SOLUTION: At least one unit cell 1 of a unit cell stack 2 is provided with at least one DC current detecting unit 19a, 19b, 19c for detecting a current distribution in the plane direction of the unit cell 1.
Each of them is provided with a control means 23 for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current, and the control means 23 allows the current distribution detected by the direct current detection means 19a, 19b, 19c and the preset reference current. If the allowable range is exceeded, at least one of the supply flow rate of the reaction gas supplied to the unit cell stack 2 and the load current 20 is controlled.

Description

Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
およびその運転方法に係り、特に燃料電池本体の平面方
向の電流密度分布を検出し、燃料電池本体を保護する燃
料電池発電装置およびその運転方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generator and a method of operating the same, and more particularly to a fuel cell power generator for detecting a current density distribution in a plane direction of a fuel cell main body to protect the fuel cell main body and its operation. Regarding the method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、燃料の有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池
が知られている。この燃料電池は、一般に多孔質性材料
を使用した一対の電極間に、電解質を保持するマトリッ
クス層（電解質層）を挟み、一方の電極の背面に反応ガ
スとして燃料ガスを接触させるとともに、他方の電極の
背面に反応ガスとして酸化剤ガスを接触させることによ
り、このときに生じる電気化学反応を利用して上記一対
の電極間から電気エネルギーを取り出すように構成した
装置である。上記電解質としては、酸性溶液，溶融炭酸
塩，アルカリ溶液などが挙げられ、現在はリン酸を用い
たリン酸型燃料電池が最も実用化に近いといわれてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as an apparatus for directly converting chemical energy of fuel into electric energy. In this fuel cell, a matrix layer (electrolyte layer) that holds an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes that are generally made of a porous material, and a fuel gas is brought into contact with the back surface of one electrode as a reaction gas while In this device, an oxidant gas is brought into contact with the back surface of the electrode as a reaction gas to utilize the electrochemical reaction generated at this time to extract electric energy from between the pair of electrodes. Examples of the electrolyte include acidic solutions, molten carbonates, and alkaline solutions. At present, phosphoric acid fuel cells using phosphoric acid are said to be most practical.

【０００３】図８は、この種の燃料電池のうち電解質と
してリン酸を使用したリン酸型燃料電池の構成を示す分
解斜視図である。図８に示すように、燃料電池本体に
は、発電のための単電池１が、ガス分離板３を介して複
数個積層されてなる単電池積層体２が設けられている。FIG. 8 is an exploded perspective view showing the structure of a phosphoric acid type fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte of this type of fuel cell. As shown in FIG. 8, the fuel cell body is provided with a unit cell stack 2 in which a plurality of unit cells 1 for power generation are stacked with a gas separation plate 3 interposed therebetween.

【０００４】単電池１は、多孔質性材料を使用した一対
のアノード電極１ａとカソード電極１ｂが、リン酸を含
浸したマトリックス層１ｃを挟んで構成されている。こ
の一対の電極１ａ，１ｂには、それぞれマトリックス層
１ｃと対向する面に、白金などによる触媒が塗布されて
いる。そして、アノード電極１ａの背面には水素などの
燃料ガスが流通する燃料流通溝が形成される一方、カソ
ード電極１ｂの背面には、酸素など酸化剤ガスが流通す
る酸化剤流通溝が形成されている。The unit cell 1 is composed of a pair of an anode electrode 1a and a cathode electrode 1b made of a porous material, with a matrix layer 1c impregnated with phosphoric acid sandwiched therebetween. Each of the pair of electrodes 1a and 1b is coated with a catalyst such as platinum on the surface facing the matrix layer 1c. A fuel flow groove through which a fuel gas such as hydrogen flows is formed on the back surface of the anode electrode 1a, while an oxidant flow groove through which an oxidant gas such as oxygen flows is formed on the back surface of the cathode electrode 1b. There is.

【０００５】このような単電池１は、運転時には余剰熱
を除去・冷却して、例えば２００℃程度の一定温度に維
持する必要がある。このため、単電池積層体２は、複数
個の単電池１を積層し、各単電池１間にガス分離板３を
それぞれ挿入して、一つのサブスタックを形成し、この
サブスクックと熱を排出するための冷却板４とを交互に
複数個積層して構成される。[0005] In such a unit cell 1, it is necessary to remove and cool excess heat during operation to maintain the temperature at a constant temperature of, for example, about 200 ° C. Therefore, the unit cell stack 2 is formed by stacking a plurality of unit cells 1 and inserting the gas separation plates 3 between the unit cells 1 to form one sub-stack, and discharging the sub-sook and heat. And a plurality of cooling plates 4 for alternately stacking.

【０００６】なお、ガス分離板３は、アノード電極１ａ
とカソード電極１ｂにそれぞれ供給される反応ガスを区
分するとともに、単電池１間の電気的接触を確保するよ
うに構成されている。また、冷却板４は、内部に水など
の冷媒を流すことにより、単電池積層体２の温度調節を
行うように構成されている。The gas separating plate 3 has an anode electrode 1a.
And the reaction gas supplied to the cathode electrode 1b are divided, and electrical contact between the unit cells 1 is ensured. Further, the cooling plate 4 is configured to adjust the temperature of the unit cell stack 2 by flowing a coolant such as water inside.

【０００７】このような単電池積層体２の側面には、単
電池積層体２に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ供給・
排出するガスマニホールド５が配置されている。そし
て、単電池積層体２には、単電池積層体２で発生した電
流を取り出すために、その上下の端部に集電板６が配置
されている。The fuel gas and the oxidant gas are supplied to the unit cell stack 2 on the side surfaces of the unit cell stack 2, respectively.
A gas manifold 5 for discharging is arranged. Then, in the unit cell stack 2, in order to take out the current generated in the unit cell stack 2, the current collector plates 6 are arranged at the upper and lower ends thereof.

【０００８】以上のような構成を有するリン酸型燃料電
池では、各単電池１において、アノード電極１ａに供給
された水素がアノード電極１ａに塗布された触媒の作用
により、次のような反応（解離反応）が起こす。In the phosphoric acid fuel cell having the above-mentioned structure, in each unit cell 1, the hydrogen supplied to the anode electrode 1a is reacted by the action of the catalyst coated on the anode electrode 1a to produce the following reaction ( Dissociation reaction) occurs.

【０００９】[0009]

【数１】Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- [Equation 1] H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻

【００１０】この水素の解離反応により発生した水素イ
オン（Ｈ⁺）は、マトリックス層１ｃに蓄えられたリン
酸中を移動し、カソード電極１ｂに達する。一方、電子
（ｅ^-）はアノード電極１ａから外部回路を流れ、電力
負荷（例えば電球，モータ，ヒータなど）を通って仕事
をし、カソード電極１ｂに達する。そして、アノード電
極１ａから移動してきた水素イオン（Ｈ⁺）と、カソー
ド電極１ｂに供給された酸素（Ｏ₂）と、外部回路で仕
事をしてきた電子（ｅ^-）とにより、カソード電極１ｂ
に塗布された触媒の作用によって、次のような反応が起
こる。The hydrogen ions (H ⁺ ) generated by this dissociation reaction of hydrogen move in the phosphoric acid stored in the matrix layer 1c and reach the cathode electrode 1b. On the other hand, electrons (e ⁻ ) flow from the anode electrode 1a through an external circuit, work through an electric power load (for example, a light bulb, a motor, a heater, etc.) and reach the cathode electrode 1b. Then, the hydrogen ions (H ⁺ ) moved from the anode electrode 1a, the oxygen (O ₂ ) supplied to the cathode electrode 1b, and the electrons (e ⁻ ) that have worked in the external circuit cause the cathode electrode 1b.
The following reaction occurs due to the action of the catalyst applied to the.

【００１１】[0011]

【数２】４Ｈ⁺＋Ｏ₂十４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ[Equation 2] 4H ⁺ + O ₂ + 4e ⁻ → 2H ₂ O

【００１２】したがって、単電池１では、水素が酸化さ
れて水（Ｈ₂Ｏ）が生成されるとともに、このときの化
学エネルギーが、外部の電気負荷に与える電気エネルギ
ーとなる。このようにして、単電池１の電池としての全
反応が完結する。なお、上記の単電池１における反応は
発熱反応となるが、ここで発生した熱は、単電池積層体
２内部に挿入されている冷却板４により冷却される。Therefore, in the unit cell 1, hydrogen is oxidized to generate water (H ₂ O), and the chemical energy at this time becomes the electric energy to be given to the external electric load. In this way, all the reactions of the unit cell 1 as a battery are completed. Although the reaction in the unit cell 1 described above becomes an exothermic reaction, the heat generated here is cooled by the cooling plate 4 inserted inside the unit cell stack 2.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池が
発電を行うためには、各電極１ａ，１ｂにそれぞれの反
応ガスが、十分に供給されている必要がある。しかし、
要求される電気エネルギーに対し、反応ガスのいずれか
一方でも不足した場合には、次のような問題が発生す
る。By the way, in order for the fuel cell to generate electric power, it is necessary that the respective reaction gases are sufficiently supplied to the electrodes 1a and 1b. But,
When one of the reaction gases is insufficient with respect to the required electric energy, the following problems occur.

【００１４】すなわち、例えばカソード電極１ｂにおい
て、供給される酸化剤ガス流量が不足した場合は、酸化
剤ガスが単電池積層体２全体に行き渡らず、反応は酸化
剤ガスの供給される付近（酸化剤ガス入口）に集中し
て、この部分の発熱量が正常な状態に比べ増加すること
になる。一方、酸化剤ガスが排出される付近（酸化剤ガ
ス出口）では、酸化剤ガスの供給が不十分となって反応
は余り起こらず、正常な状態に比べ発熱量が低下するこ
とになる。That is, for example, when the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode electrode 1b is insufficient, the oxidant gas does not spread to the entire unit cell stack 2, and the reaction proceeds near the oxidant gas supply (oxidation). By concentrating on the agent gas inlet), the calorific value of this portion increases compared to the normal state. On the other hand, in the vicinity of the oxidant gas being discharged (outlet of the oxidant gas), the supply of the oxidant gas becomes insufficient and the reaction rarely occurs, and the calorific value is lower than in the normal state.

【００１５】このように酸化剤ガス入口付近での温度上
昇によりカソード電極１ｂが高温になると、電池に蓄え
られているリン酸電解質の蒸発や、触媒などの劣化が急
速に進行して、電池の寿命を短縮する原因となる。これ
では、燃料電池の安定した長期間運転の障害となる。When the temperature of the cathode electrode 1b becomes high due to the temperature rise near the oxidant gas inlet as described above, the evaporation of the phosphoric acid electrolyte stored in the battery and the deterioration of the catalyst and the like rapidly progress, and the battery It will shorten the life. This hinders stable long-term operation of the fuel cell.

【００１６】このような現象は、アノード電極１ａで燃
料ガスが不足した場合にも同様に起こる。しかも、燃料
ガスの不足が著しい場合、燃料ガス出口付近では、カソ
ード電極１ｂに水素イオンが供給されないため、水の生
成が起こらない。そして、水の生成の代わりに、電極お
よび冷却板の材料である炭素を腐食する次のような反応
が起こる。Such a phenomenon similarly occurs when the fuel gas is insufficient in the anode electrode 1a. Moreover, when the fuel gas is extremely insufficient, hydrogen ions are not supplied to the cathode electrode 1b in the vicinity of the fuel gas outlet, so that water is not generated. Then, instead of producing water, the following reaction that corrodes carbon that is a material of the electrodes and the cooling plate occurs.

【００１７】[0017]

【数３】Ｃ＋２Η₂Ｏ→ＣＯ₂＋２Ｈ₂ [Equation 3] C + 2H ₂ O → CO ₂ + 2H ₂

【００１８】この反応が進行すると、燃料電池の主な構
成材料に欠損が生じて、燃料電池の運転が不可能にな
る。When this reaction progresses, defects occur in the main constituent materials of the fuel cell, making it impossible to operate the fuel cell.

【００１９】ここで、燃料ガスや酸化剤ガスの供給流量
が不足した場合には、電気エネルギー量が低下する。す
なわち、単電池積層体２で発生する電圧が低下すること
になる。したがって、従来の燃料電池では、上記のよう
な異常の発生を防止するために、単電池積層体２の電圧
を検知し、その電圧がある一定値以下になった時に、燃
料電池に異常が発生したと判断する異常検知方法が知ら
れている。Here, when the supply flow rates of the fuel gas and the oxidant gas become insufficient, the amount of electric energy decreases. That is, the voltage generated in the unit cell stack 2 is reduced. Therefore, in the conventional fuel cell, in order to prevent the occurrence of the above abnormality, the voltage of the unit cell stack 2 is detected, and when the voltage becomes a certain value or less, the abnormality occurs in the fuel cell. An abnormality detection method for determining that the error has occurred is known.

【００２０】しかしながら、このような単電池積層体の
電圧による異常検知方法では、燃料ガスまたは酸化剤ガ
スのいずれかの反応ガスの不足により電圧が低下したか
を特定することはできない。しかも、異常を特定するた
めに燃料電池の運転を一旦停止すると、発電信頼性が大
幅に低下することになる。However, in such an abnormality detecting method based on the voltage of the unit cell stack, it is not possible to identify whether the voltage has dropped due to the shortage of the reaction gas of either the fuel gas or the oxidant gas. Moreover, once the operation of the fuel cell is stopped in order to identify the abnormality, the power generation reliability will be significantly reduced.

【００２１】したがって、異常が発生した場合には、燃
料電池の運転を継続しながら、正常な状態とすることが
望ましい。これには、燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガス
の両方を供給して、両方の反応ガス量を増加させること
が考えられる。しかし、この場合、異常発生時に正常な
供給流量であった方の反応ガスは、過剰に供給されるこ
とになる。Therefore, when an abnormality occurs, it is desirable to keep the fuel cell in a normal state while continuing the operation. For this purpose, it is considered that both the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell to increase the amounts of both reaction gases. However, in this case, the reaction gas having the normal supply flow rate when the abnormality occurs is excessively supplied.

【００２２】また、このような平面方向における電流の
集中、温度上昇は、非発電状態から空気をカソード電極
１ｂに導入し、スタック電圧の上昇に伴って発電を開始
する過渡的な状態（以下、負荷移行過程という）におい
ても起こる可能性があると考えられる。Further, such current concentration and temperature rise in the plane direction cause a transient state in which air is introduced from the non-power generation state to the cathode electrode 1b and power generation is started with an increase in stack voltage (hereinafter, referred to as This is also considered to occur during the load transfer process).

【００２３】すなわち、非発電時には、アノード電極１
ａおよびカソード電極１ｂは不活性ガス、通常Ｎ₂ガス
で満たされている。そのような状態から、カソード電極
１ｂに空気を導入すると、酸化剤ガス入口付近では流入
した空気によって電圧が発生する。この電圧はスタック
電圧として検知される。That is, at the time of non-power generation, the anode electrode 1
a and the cathode electrode 1b are filled with an inert gas, usually N ₂ gas. When air is introduced into the cathode electrode 1b from such a state, a voltage is generated by the inflowing air in the vicinity of the oxidant gas inlet. This voltage is detected as the stack voltage.

【００２４】しかし、流入した空気の流量によっては、
酸化剤ガス出口付近まで十分に空気で置換される以前
に、スタック電圧が高電圧に達し、発電を開始、すなわ
ち負荷電流が流れることになる。この結果、負荷電流は
空気が十分供給された部分で発生することになる。つま
り酸化剤ガス入口部分に電流が集中してしまうことが考
えられる。この電流集中によって、アノード電極１ａの
水素不足状態が発生したり、温度上昇が起こると、前述
したように燃料電池の寿命を短縮するすることになる。However, depending on the flow rate of the inflowing air,
Before the oxidant gas outlet is sufficiently replaced with air, the stack voltage reaches a high voltage and power generation starts, that is, a load current flows. As a result, the load current is generated in a portion where air is sufficiently supplied. That is, it is conceivable that the electric current is concentrated at the oxidant gas inlet portion. If the hydrogen concentration of the anode electrode 1a is insufficient or the temperature rises due to this current concentration, the life of the fuel cell is shortened as described above.

【００２５】また、過渡的な状熊における電流集中は、
次のような停止操作においても同様に起こることが考え
られる。すなわち、停止操作指令を受けたシステムは、
反応ガスを電池外へ除去するために、不活性ガス、通常
Ｎ₂ガスを供給する。この場合、カソード電極１ｂの平
面方向の酸素濃度は酸化剤ガス入口側から徐々に低下す
る。一方、スタック電圧は空気があれば発生する。した
がって、停止操作においては、Ｎ₂ガスにより押し出さ
れる残留空気が存在する部分で反応が起こる。特に、Ｎ
₂ガスと残留空気との境界面が酸化剤ガス出口側に近付
くにつれてその集中度（電流密度）が上昇すると考えら
れる。The current concentration in the transient bear is
It is possible that the same occurs in the following stop operation. That is, the system that received the stop operation command,
In order to remove the reaction gas to the outside of the battery, an inert gas, usually N ₂ gas is supplied. In this case, the oxygen concentration in the planar direction of the cathode electrode 1b gradually decreases from the oxidant gas inlet side. On the other hand, the stack voltage is generated in the presence of air. Therefore, in the stop operation, the reaction occurs in the portion where the residual air pushed out by the N ₂ gas exists. In particular, N
_It is considered that the concentration degree (current density) increases as the interface between the ₂ gas and the residual air approaches the oxidant gas outlet side.

【００２６】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、燃料電池積層体の損害を最少限に抑制し、燃料
電池積層体の長寿命化を図ることが可能な燃料電池発電
装置およびその運転方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and a fuel cell power generator capable of suppressing damage to the fuel cell stack to a minimum and extending the life of the fuel cell stack. The purpose is to provide the driving method.

【００２７】[0027]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、一対の電極間に電解質層
を挟んで単電池を形成し、この単電池を複数積層し、各
単電池間にガス分離板をそれぞれ挿入してサブスタック
を形成し、このサブスタックと冷却板とを交互に複数積
層して単電池積層体を形成してなる燃料電池発電装置に
おいて、前記単電池積層体の少なくとも１個の単電池
に、その単電池の平面方向の電流分布を検出する直流電
流検出手段が少なくとも１個配設され、この電流検出手
段に反応ガスの供給流量および負荷電流を制御する制御
手段が接続され、この制御手段では、前記直流電流検出
手段で検出した電流分布と、予め設定した基準電流の許
容範囲とを比較し、許容範囲を越えた場合に、前記単電
池積層体に供給する反応ガスの供給流量および負荷電流
の少なくとも一方を制御するように構成されていること
を特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is to form a unit cell by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, and stack a plurality of the unit cells. In the fuel cell power generation device, a gas stack is inserted between each unit cell to form a sub-stack, and a plurality of sub-stacks and cooling plates are alternately stacked to form a unit cell stack. At least one unit cell of the battery stack is provided with at least one DC current detecting means for detecting the current distribution in the plane direction of the unit cell, and the supply flow rate of the reaction gas and the load current are supplied to the current detecting means. Control means for controlling is connected, and in this control means, the current distribution detected by the direct current detecting means is compared with a preset allowable range of reference current, and when the allowable range is exceeded, the unit cell stack is stacked. Supply to the body Characterized in that it is configured to control at least one of the supply flow rate and the load current of the response gas.

【００２８】請求項２は、請求項１記載の燃料電池発電
装置において、単電池の平面方向の電流分布を検出する
直流電流検出手段が少なくとも１個配設された電流測定
器を有し、この電流測定器がサブスタックと冷却板との
間の少なくとも１か所に配設されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell power generator according to the first aspect, there is provided a current measuring device provided with at least one direct current detecting means for detecting the current distribution in the planar direction of the unit cell. The current measuring device is arranged at at least one place between the sub-stack and the cooling plate.

【００２９】請求項３は、請求項１記載の燃料電池発電
装置において、制御手段は、電流検出手段で検出した電
流分布と、予め設定した基準電流の許容範囲とを比較
し、許容範囲を越えた場合に、燃料電池を停止させるよ
うに構成されていることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power generator according to the first aspect, the control means compares the current distribution detected by the current detection means with a preset allowable range of the reference current, and exceeds the allowable range. In this case, the fuel cell is configured to be stopped.

【００３０】請求項４は、単電池積層体の単電池に反応
ガスを供給して負荷電流を発生させる燃料電池発電装置
の運転方法において、発電を開始する過渡的な負荷変化
過程で、前記単電池の電流を電流検出手段により検出
し、この検出した電流が予め設定した基準電流の許容値
と比較して、許容値を越えた場合、負荷電流変化速度を
低下または負荷変化を一時停止することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in a method for operating a fuel cell power generator in which a reaction gas is supplied to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, the unit cell is a transient load changing process for starting power generation. The current of the battery is detected by the current detection means, and the detected current is compared with the preset allowable value of the reference current, and if it exceeds the allowable value, the load current change speed is reduced or the load change is suspended. Is characterized by.

【００３１】請求項５は、単電池積層体の単電池に反応
ガスを供給して負荷電流を発生させる燃料電池発電装置
の運転方法において、発電を開始する過渡的な負荷変化
過程で、前記単電池の電流を電流検出手段により検出
し、この検出した電流が予め設定した基準電流の許容値
と比較して、許容値を越えた場合、負荷電流増加速度を
低下または負荷電流増加を一時停止することを特徴とす
る。According to a fifth aspect of the present invention, in a method for operating a fuel cell power generator in which a reaction gas is supplied to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, the unit cell is a transient load changing process for starting power generation. The current of the battery is detected by the current detecting means, and the detected current is compared with a preset reference current allowable value. If the detected current exceeds the allowable value, the load current increasing speed is reduced or the load current increasing is temporarily stopped. It is characterized by

【００３２】請求項６は、一対の電極間に電解質層を挟
んで単電池を形成し、この単電池を複数積層し、各単電
池間にガス分離板をそれぞれ挿入してサブスタックを形
成し、このサブスタックと冷却板とを交互に複数積層し
て単電池積層体を形成してなる燃料電池発電装置におい
て、前記単電池積層体の少なくとも１個の単電池に、そ
の単電池の平面方向の電流分布を検出する直流電流検出
手段が少なくとも１個配設され、この電流検出手段に反
応ガスの供給流量および負荷電流を制御する制御手段が
接続され、前記単電池積層体に、並列に２つ以上の固定
抵抗を配し、且つこれらの固定抵抗にそれぞれ遮断器を
接続してなる固定抵抗回路が接続され、前記制御手段で
は、停止操作において、前記直流電流検出手段で検出し
た電流分布と、予め設定した基準電流の許容範囲とを比
較し、許容範囲を越えた場合に、前記固定抵抗回路の遮
断器の少なくとも一つを開放することにより、検出した
電流を許容範囲に抑制するように構成されていることを
特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, a unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between the unit cells to form a sub-stack. In a fuel cell power generation device in which a plurality of sub-stacks and cooling plates are alternately laminated to form a unit cell stack, at least one unit cell of the unit cell stack has a plane direction of the unit cell. At least one direct current detecting means for detecting the current distribution of the above is provided, and the current detecting means is connected with the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current, and two parallel cells are connected in parallel to the unit cell stack. One or more fixed resistors are arranged, and a fixed resistance circuit in which a circuit breaker is connected to each of these fixed resistors is connected, and in the control means, in the stop operation, the current distribution detected by the direct current detection means and , Pro It is configured to compare the set reference current with the allowable range, and when the allowable range is exceeded, at least one of the circuit breakers of the fixed resistance circuit is opened to suppress the detected current within the allowable range. It is characterized by

【００３３】請求項７は、一対の電極間に電解質層を挟
んで単電池を形成し、この単電池を複数積層し、各単電
池間にガス分離板をそれぞれ挿入してサブスタックを形
成し、このサブスタックと冷却板とを交互に複数積層し
て単電池積層体を形成してなる燃料電池発電装置におい
て、前記単電池積層体の少なくとも１個の単電池に、そ
の単電池の平面方向の電流分布を検出する直流電流検出
手段が少なくとも１個配設され、この電流検出手段に反
応ガスの供給流量および負荷電流を制御する制御手段が
接続され、前記単電池積層体に可変抵抗回路が接続さ
れ、前記制御手段では、停止操作において、前記直流電
流検出手段で検出した電流分布と、予め設定した基準電
流の許容範囲とを比較し、許容範囲を越えた場合に、前
記可変抵抗回路の抵抗を変化させて、検出した電流を許
容範囲に抑制するように構成されていることを特徴とす
る。According to a seventh aspect of the present invention, a unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between the unit cells to form a sub-stack. In a fuel cell power generation device in which a plurality of sub-stacks and cooling plates are alternately laminated to form a unit cell stack, at least one unit cell of the unit cell stack has a plane direction of the unit cell. Of at least one DC current detecting means for detecting the current distribution of the variable current circuit is connected to the current detecting means, and the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current is connected to the single cell laminated body. In the stop operation, the control means compares the current distribution detected by the direct current detecting means with a preset allowable range of the reference current, and when the allowable range is exceeded, the variable resistance circuit Often The varied, characterized in that it is configured to suppress the detected current to the allowable range.

【００３４】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３５】図１は本発明に係る燃料電池発電装置の第
１実施形態を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料
電池を示すブロック図である。なお、図８に示す従来技
術と同一または対応する部分には同一符号を付してその
説明を省略する。FIG. 1 is a block diagram showing a return flow type phosphoric acid type fuel cell to which a first embodiment of a fuel cell power generator according to the present invention is applied. It should be noted that the same or corresponding parts as those of the conventional technique shown in FIG.

【００３６】図１に示すように、単電池積層体２には、
第１ガスマニホールド５ａを介して燃料ガス供給路８お
よび燃料ガス排出路９が接続される一方、第２ガスマニ
ホールド５ｂを介して酸化剤ガス供給路１０および酸化
剤ガス排出路１１が接続されている。各供給路８，１０
には、それぞれの反応ガスである燃料ガス，酸化剤ガス
の流量を調節する燃料ガス流量調節弁１２，酸化剤ガス
流量調節弁１３が設置されている。As shown in FIG. 1, the unit cell stack 2 includes:
The fuel gas supply passage 8 and the fuel gas discharge passage 9 are connected via the first gas manifold 5a, while the oxidant gas supply passage 10 and the oxidant gas discharge passage 11 are connected via the second gas manifold 5b. There is. Each supply channel 8, 10
A fuel gas flow rate adjusting valve 12 and an oxidant gas flow rate adjusting valve 13 for adjusting the flow rates of the respective reaction gases, that is, the fuel gas and the oxidant gas are installed therein.

【００３７】また、各供給路８，１０には、それぞれ燃
料ガス切替弁１４，酸化剤ガス切替弁１５を介して不活
性ガス供給管１６が接続されている。燃料ガス切替弁１
４，酸化剤ガス切替弁１５は、燃料電池の工場からの出
荷時や現地据付後の運転停止時などの保管時に、燃料電
池内部の反応ガスを窒素ガスなどの不活性ガスに置換す
る。またはこの逆に、燃料電池の稼働時に燃料電池内の
不活性ガスを反応ガスに置換するための切替手段として
設けられている。そして、単電池積層体２には、各サブ
スタック間に挿入された冷却板に冷媒を流通するための
冷媒流通路１７および冷媒排出路１８が接続されてい
る。ここで、冷媒流通路１７には冷媒寥々調節弁１７ａ
が設けられている。An inert gas supply pipe 16 is connected to each of the supply passages 8 and 10 via a fuel gas switching valve 14 and an oxidant gas switching valve 15, respectively. Fuel gas switching valve 1
4. The oxidant gas switching valve 15 replaces the reaction gas inside the fuel cell with an inert gas such as nitrogen gas at the time of storage such as when the fuel cell is shipped from the factory or when the operation is stopped after on-site installation. Or conversely, it is provided as a switching means for replacing the inert gas in the fuel cell with the reaction gas when the fuel cell is in operation. The unit cell stack 2 is connected with a coolant flow passage 17 and a coolant discharge passage 18 for circulating a coolant through the cooling plates inserted between the sub-stacks. Here, the refrigerant flow path 17 has a refrigerant volume control valve 17a.
Is provided.

【００３８】このような燃料電池では、単電池積層体２
を挟んで第１，第２ガスマニホールド５ａ，５ｂのそれ
ぞれの反対側の側面には、それぞれにリターンマニホー
ルド７ａ，７ｂが設けられている。また、各単電池のア
ノード電極１ａとカソード電極１ｂの反応ガス流通溝に
は、それぞれの少なくとも１つの溝がガス不拡散性の物
質で埋設されてなるレーシングストライプ１ｄ，１ｅが
設けられている。これらのレーシングストライプ１ｄ，
１ｅにより、反応ガスは単電池内の供給路を通過した
後、それぞれのリターンマニホールド７ａ，７ｂを介し
て、再びレーシングストライプ１ｄ，１ｅで区切られた
排出路の単電池内に供給されるように構成されている。In such a fuel cell, the unit cell stack 2
Return manifolds 7a and 7b are provided on the opposite side surfaces of the first and second gas manifolds 5a and 5b with the return manifolds 7a and 7b interposed therebetween. Further, the reaction gas flow grooves of the anode electrode 1a and the cathode electrode 1b of each unit cell are provided with racing stripes 1d and 1e in which at least one of the grooves is filled with a gas non-diffusible substance. These racing stripes 1d,
By 1e, after the reaction gas has passed through the supply passage in the unit cell, it is supplied again into the unit cell in the discharge passage divided by the racing stripes 1d, 1e via the respective return manifolds 7a, 7b. It is configured.

【００３９】このような燃料電池発電装置では、単電池
積層体２の中央部のサブスタックの中央寄りの単電池１
に、それぞれ第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃ
が設けられている。第１の電流検出手段１９ａは、燃料
ガス復路側のリターンマニホールド７ａ近傍となる単電
池内で、且つ酸化剤ガス往路側の排出路１１近傍に設け
られている。In such a fuel cell power generator, the unit cells 1 near the center of the sub-stack at the center of the unit cell stack 2 are arranged.
First to third current detecting means 19a to 19c, respectively.
Is provided. The first current detecting means 19a is provided in the unit cell near the return manifold 7a on the fuel gas return path side and near the discharge path 11 on the oxidant gas outgoing path side.

【００４０】また、第２の電流検出手段１９ｂは、燃料
ガス往路側の供給路８側とカソード電極に設けられたレ
ーシングストライプ１ｅとの中間でアノード電極に設け
られたレーシングストライプ１ｄ近傍となる単電池内の
位置に設けられている。Further, the second current detecting means 19b is located in the vicinity of the racing stripe 1d provided on the anode electrode between the supply passage 8 side on the fuel gas outgoing side and the racing stripe 1e provided on the cathode electrode. It is provided at a position inside the battery.

【００４１】さらに、第３の電流検出手段１９ｃは、燃
料ガス復路側の排出路９近傍となる単電池内で、且つ酸
化剤ガス往路側の供給路１０近傍となる部分に設けられ
ている。燃料電池の負荷電流（直流電流）２０はインバ
ータ２１により交流出力に変換されて外部負荷へ供給さ
れる。このインバータ２１は出力制御装置２２により制
御される。Furthermore, the third current detecting means 19c is provided in the unit cell near the discharge passage 9 on the return side of the fuel gas and in the vicinity of the supply passage 10 on the forward side of the oxidant gas. A load current (DC current) 20 of the fuel cell is converted into an AC output by an inverter 21 and supplied to an external load. The inverter 21 is controlled by the output control device 22.

【００４２】上述の流量調節弁１２，１３、切替弁１
４，１５、第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃ、
負荷電流２０の監視手段（図示せず）、および出力制御
装置２２は、それぞれ制御手段２３に接続されている。
また、インバータ２１は出力制御装置２２を介して制御
手段２３に接続されている。この制御手段２３には、正
常な運転が行われている場合に、第１〜第３の電流検出
手段１９ａ〜１９ｃのそれぞれで検出されるべき電流
（基準電流）値とその許容値が予め設定され、入力され
ている。The above-mentioned flow rate control valves 12 and 13, the switching valve 1
4, 15, first to third current detecting means 19a to 19c,
The monitoring means (not shown) for the load current 20 and the output control device 22 are connected to the control means 23, respectively.
Further, the inverter 21 is connected to the control means 23 via the output control device 22. In this control means 23, the current (reference current) value to be detected by each of the first to third current detection means 19a to 19c and the permissible value thereof are preset when normal operation is performed. Has been entered.

【００４３】そして、この制御手段２３は、第１〜第３
の電流検出手段１９ａ〜１９ｃにより検出された電流が
入力されると、この電流値と前記基準電流値および許容
範囲とを比較して、その結果により流量調節弁１２，１
３や切替弁１４，１５の状態を変化させたり、負荷電流
２０を制御するなどの制御信号を出力するように構成さ
れている。The control means 23 has the first to third parts.
When the current detected by the current detecting means 19a to 19c is input, the current value is compared with the reference current value and the permissible range, and the flow rate control valves 12, 1 are determined according to the result.
3 and the switching valves 14 and 15 are changed in state, and the control signal for controlling the load current 20 is output.

【００４４】これは、第１〜第３の電流検出手段１９ａ
〜１９ｃで検出された電流分布が制御手段２３に予め入
力されている基準電流の許容範囲内であるときは、制御
手段２３から流量調節弁１２，１３および切替弁１４，
１５に、その時点での状態を維持するような制御信号を
出力するように構成されている。This is the first to third current detecting means 19a.
When the current distribution detected by ˜19c is within the permissible range of the reference current previously input to the control means 23, the flow rate control valves 12, 13 and the switching valves 14,
15 is configured to output a control signal that maintains the state at that time.

【００４５】一方、電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出
された電流の一つでも許容値を越えた場合、制御手段２
３は、流量調節弁１２，１３、切替弁１４，１５のうち
少なくとも一つ以上の状態を変化させるような制御信号
を出力するように構成されている。On the other hand, if even one of the currents detected by the current detecting means 19a to 19c exceeds the allowable value, the control means 2
3 is configured to output a control signal for changing the state of at least one of the flow rate adjusting valves 12 and 13 and the switching valves 14 and 15.

【００４６】ところで、第１〜第３の電流検出手段１９
ａ〜１９ｃで検出される電流分布は、その燃料電池特有
のものであり、燃料ガスの流量が変化した場合には図２
に記すように変化し、酸化剤ガスの流量が変化した場合
には図３に示すように変化することが予め実測または計
算により確認されている。そして、この情報が制御手段
２３に入力されている。さらに、電流分布は負荷電流が
変化した場合にも、図４に示すように変化するため、こ
の情報についても制御手段２３に入力されている。By the way, the first to third current detecting means 19
The current distributions detected in a to 19c are peculiar to the fuel cell, and when the flow rate of the fuel gas changes, the current distribution shown in FIG.
It has been previously confirmed by actual measurement or calculation that the change occurs as shown in FIG. 3 and that the change occurs as shown in FIG. 3 when the flow rate of the oxidant gas changes. Then, this information is input to the control means 23. Furthermore, since the current distribution changes as shown in FIG. 4 even when the load current changes, this information is also input to the control means 23.

【００４７】そして、以上の情報に基づいて制御手段２
３では、第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検
出される電流分布から燃料ガス，酸化剤ガス，または負
荷電流の不足・過剰を判断して、制御信号を出力するよ
うに構成されている。The control means 2 is based on the above information.
3 is configured to output a control signal by determining whether the fuel gas, the oxidant gas, or the load current is insufficient or excessive from the current distribution detected by the first to third current detecting means 19a to 19c. ing.

【００４８】次に、第１実施形態の作用について説明す
る。Next, the operation of the first embodiment will be described.

【００４９】以上のように構成される燃料電池発電装置
では、各電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出される電流
値が一つでも制御手段２３に入力されている許容範囲よ
りも低電流または高電流に変化した場合には、酸化剤ガ
ス，燃料ガス，または負荷電流が正常な状態となるよう
に、制御手段２３から流量調節弁１２，１３、切替弁１
４，１５にうち少なくとも一つ以上の状態を変化させる
ように、制御信号が送出される。In the fuel cell power generator configured as described above, even if one of the current values detected by each of the current detecting means 19a to 19c is lower or higher than the allowable range input to the control means 23. If the oxidant gas, the fuel gas, or the load current is in a normal state, the flow rate control valves 12, 13 and the switching valve 1 are controlled by the control means 23.
A control signal is sent to change at least one of the states 4 and 15.

【００５０】ここで、電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検
出される電流分布は、下記の６通りが考えられ、それぞ
れ燃料ガス，酸化剤ガス，負荷電流について制御手段２
３により不足・過剰が検出されて、制御信号が送出され
る。The following six possible current distributions are detected by the current detecting means 19a to 19c, and the controlling means 2 controls the fuel gas, the oxidant gas and the load current, respectively.
Insufficiency / excess is detected by 3, and a control signal is sent.

【００５１】（１）第２の電流検出手段１９ｂの電流値
が基準電流の許容範囲よりも大きく、他の第１および第
３の検出手段の電流値が許容範囲より小さい場合、図２
に示すように、燃料ガスが正常時の供給流量に比べて不
足した状態と判断できる。これに従い、制御手段２３で
は、燃料ガス供給路８の燃料ガス流量調節弁１２に、そ
の開度が大きくなるように動作させる信号を出力して、
燃料ガスの供給流量を増加させる。(1) When the current value of the second current detecting means 19b is larger than the permissible range of the reference current and the current values of the other first and third detecting means are smaller than the permissible range, FIG.
As shown in, it can be determined that the fuel gas is insufficient compared to the supply flow rate in the normal state. In accordance with this, the control means 23 outputs a signal to the fuel gas flow rate control valve 12 of the fuel gas supply passage 8 so as to increase its opening degree,
Increase the supply flow rate of fuel gas.

【００５２】（２）第１および第３の電流検出手段１９
ａ，１９ｃの電流値が基準電流の許容範囲にあり、第２
の電流検出手段１９ｂの電流値が許容範囲よりも小さい
場合、図２に示すように燃料ガスが正常時の供給流量に
比べて過剰となっていると判断できる。これに従い、制
御手段２３では、燃料ガス供給路８の燃料ガス流量調節
弁１２に、その開度が小さくなるように動作させる信号
を出力して、燃料ガスの供給流量を減少させる。(2) First and third current detecting means 19
The current values of a and 19c are within the allowable range of the reference current, and the second
When the current value of the current detecting means 19b is smaller than the allowable range, it can be determined that the fuel gas is excessive compared to the supply flow rate in the normal state as shown in FIG. Accordingly, the control means 23 outputs a signal to the fuel gas flow rate adjusting valve 12 of the fuel gas supply passage 8 to operate so as to reduce the opening degree, and reduces the supply flow rate of the fuel gas.

【００５３】（３）第２の電流検出手段１９ｂの電流値
が基準電流の許容範囲より大きく、第１の電流検出手段
１９ａの電流値が基準電流の許容範囲より小さく、第３
の電流検出手段１９ｃの電流値が基準電流の許容範囲内
である場合、図３に示すように、酸化剤ガスが正常時の
供給流量に比べて不足した状態と判断できる。これに従
い、制御手段２３では、酸化剤ガス供給路１０の酸化剤
ガス流量調節弁１３に、その開度が大きくなるように動
作させる信号を出力して、酸化剤ガスの供給流量を増加
させる。(3) The current value of the second current detecting means 19b is larger than the allowable range of the reference current, and the current value of the first current detecting means 19a is smaller than the allowable range of the reference current.
When the current value of the current detecting means 19c is within the allowable range of the reference current, as shown in FIG. 3, it can be determined that the oxidant gas is insufficient compared to the supply flow rate in the normal state. According to this, the control means 23 outputs a signal to the oxidant gas flow rate control valve 13 of the oxidant gas supply passage 10 so as to increase its opening degree, thereby increasing the oxidant gas supply flow rate.

【００５４】（４）第１の電流検出手段１９ａの電流値
が基準電流の許容範囲より大きく、第２の電流検出手段
１９ｂの電流値が基準電流の許容範囲より小さく、第３
の電流検出手段１９ｃの電流値が基準電流の許容範囲内
である場合、図３に示すように、酸化剤ガスが正常時の
供給流量に比べて過剰な状態と判断できる。これに従
い、制御手段２３では、酸化剤ガス供給路１０の酸化剤
ガス流量調節弁１３に、その開度が小さくなるように動
作させる信号を出力して、酸化剤ガスの供給流量を減少
させる。(4) The current value of the first current detecting means 19a is larger than the permissible range of the reference current, and the current value of the second current detecting means 19b is smaller than the permissible range of the reference current.
When the current value of the current detecting means 19c is within the allowable range of the reference current, as shown in FIG. 3, it can be determined that the oxidant gas is in an excessive state as compared with the supply flow rate at the normal time. Accordingly, the control means 23 outputs a signal to the oxidant gas flow rate control valve 13 of the oxidant gas supply path 10 to operate so as to reduce the opening degree, and reduces the supply flow rate of the oxidant gas.

【００５５】（５）第２，第３の電流検出手段１９ｂ，
１９ｃの電流値が基準電流の許容範囲より小さく、第１
の電流検出手段１９ａの電流値が基準電流の許容範囲内
である場合、図４に示すように、負荷電流が正常時に比
べて減少している状態と判断できる。これは需要側から
要求される電力が過少の場合である。この状態では、単
電池積層体２に燃料ガス，酸化剤ガスが必要以上に供給
されていることになり、制御手段２３では、流量調節弁
１２，１３のそれぞれの開度を小さくするように動作さ
せる制御信号を出力をして、燃料ガス，酸化剤ガスの供
給流量を減少させて、発電量を低減させる。(5) Second and third current detecting means 19b,
The current value of 19c is smaller than the allowable range of the reference current.
When the current value of the current detecting means 19a is within the allowable range of the reference current, it can be determined that the load current is reduced as compared with the normal state, as shown in FIG. This is the case when the power demand from the demand side is too low. In this state, the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the unit cell stack 2 more than necessary, and the control means 23 operates to reduce the opening of each of the flow rate control valves 12 and 13. A control signal is output to reduce the supply flow rates of the fuel gas and the oxidant gas to reduce the amount of power generation.

【００５６】（６）第２，第３の電流検出手段１９ｂ，
１９ｃの電流値が基準電流の許容範囲より大きく、第１
の電流検出手段１９ａの電流値が基準電流の許容範囲内
である場合、図４に示すように、負荷電流が正常時に比
べて増加している状態と判断できる。これは需要側から
要求される電力が過大の場合である。この状態では、単
電池積層体２に燃料ガス，酸化剤ガスが不足しているこ
とになり電池に与える悪影響が大さい。制御手段２３で
は、流量調節弁１２，１３のそれぞれの開度を大きくす
るように動作させる制御信号を出力して、燃料ガス，酸
化剤ガスの供給流量を増加させて、発電量を増大させ
る。(6) Second and third current detecting means 19b,
The current value of 19c is larger than the allowable range of the reference current,
When the current value of the current detecting means 19a is within the allowable range of the reference current, it can be determined that the load current is increasing as compared with the normal time, as shown in FIG. This is when the power demanded by the demand side is excessive. In this state, the fuel cell and the oxidant gas are insufficient in the unit cell stack 2, which has a great adverse effect on the cell. The control means 23 outputs a control signal for operating the flow rate adjusting valves 12 and 13 so as to increase the opening degrees of the flow rate adjusting valves 12 and 13 to increase the supply flow rates of the fuel gas and the oxidant gas to increase the power generation amount.

【００５７】したがって、第１実施形態の燃料電池発電
装置においては、第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１
９ｃで検出した電流分布を、制御手段２３に予め設定さ
れた基準電流の許容範囲と比較することにより、燃料ガ
ス，酸化剤ガスのいずれが不足しているか、あるいは負
荷電流が過大であるか、あるいはそれ以外の異常が生じ
ているのかを判断することができる。Therefore, in the fuel cell power generator of the first embodiment, the first to third current detecting means 19a to 1 are provided.
Whether the fuel gas or the oxidant gas is insufficient or the load current is excessive by comparing the current distribution detected by 9c with the allowable range of the reference current preset in the control means 23, Alternatively, it is possible to determine whether any other abnormality has occurred.

【００５８】そして、制御手段２３では、その結果に基
づいて燃料ガス、酸化剤ガスのうち少なくとも一つ以上
を供給流量を制御したり、または負荷電流２０を制御す
ることにより、燃料電池の劣化を防止し、燃料電池の性
能を長期間に亘って維持し得るような、優れた燃料電池
発電装置とすることができる。Based on the result, the control means 23 controls the supply flow rate of at least one of the fuel gas and the oxidant gas, or controls the load current 20 to prevent the deterioration of the fuel cell. It is possible to provide an excellent fuel cell power generation device that is capable of preventing and maintaining the performance of the fuel cell for a long period of time.

【００５９】このように第１実施形態の燃料電池発電装
置によれば、同一単電池内に第１〜第３の電流検出手段
１９ａ〜１９ｃが設けられていることにより、単電池内
の３か所の電流分布が検出され、これらの電流分布を制
御手段２３により基準電流の許容範囲とを比較すること
により、燃料ガス，酸化剤ガス，負荷電流の不足・過剰
を判断することができる。As described above, according to the fuel cell power generator of the first embodiment, since the first to third current detecting means 19a to 19c are provided in the same unit cell, three units in the unit cell can be used. By detecting the current distribution at a certain place and comparing these current distributions with the allowable range of the reference current by the control means 23, it is possible to judge the shortage / excess of the fuel gas, the oxidant gas and the load current.

【００６０】また、燃料ガス，酸化剤ガスまたは負荷電
流を制御することにより、反応ガスの欠乏、電流集中に
よる温度上昇を防ぎ、燃料電池の劣化を防ぐことが可能
となる。したがって、安定して長期間運転可能な燃料電
池発電装置とすることができる。Further, by controlling the fuel gas, the oxidant gas or the load current, it is possible to prevent the depletion of the reaction gas and the temperature rise due to the current concentration, and to prevent the deterioration of the fuel cell. Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００６１】なお、第１実施形態における複数の電流検
出手段１９ａ〜１９ｃは、必ずしも同一単電池内に設置
する必要はなく、複数の単電池に分けて、電流値を検知
するようにしても効果は同様である。また、その数も必
ずしも複数ではなく少なくとも１個あればよい。It should be noted that the plurality of current detecting means 19a to 19c in the first embodiment do not necessarily have to be installed in the same cell, and the effect can be obtained by dividing the plurality of cells and detecting the current value. Is the same. Further, the number is not necessarily plural, and at least one is sufficient.

【００６２】なお、図１に示す第１実施形態において、
第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃの入力信号に
対して６通りの判断根拠（１）〜（６）に該当しない状
態となった場合には、予想される以外の異常が生じてい
ると考えられる。この状態で運転を継続することは単電
池積層体２、またはこれに接続されている発電機器に悪
影響を及ぼす可能性があり、燃料電池を停止する必要が
ある。In the first embodiment shown in FIG. 1,
In the case where the input signals of the first to third current detecting means 19a to 19c do not satisfy the six judgment grounds (1) to (6), an abnormality other than expected occurs. It is believed that Continuing the operation in this state may adversely affect the unit cell stack 2 or the power generation equipment connected thereto, and it is necessary to stop the fuel cell.

【００６３】そこで、制御手段２３から切替弁１４，１
５を動作させる信号を出力し、負荷回路を遮断するとと
もに、燃料ガス，酸化剤ガスの供給を停止し、単電池積
層体２に不活性ガスを導入して発電を停止させる。Therefore, from the control means 23 to the switching valves 14, 1
A signal for operating 5 is output, the load circuit is cut off, the supply of fuel gas and oxidant gas is stopped, and an inert gas is introduced into the unit cell stack 2 to stop power generation.

【００６４】すなわち、制御手段２３は、第１〜第３の
電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出した電流分布と、予
め設定した基準電流の許容範囲とを比較し、許容範囲を
越えた場合に、燃料電池を停止させる。That is, the control means 23 compares the current distributions detected by the first to third current detection means 19a to 19c with the preset allowable range of the reference current. Turn off the fuel cell.

【００６５】このように、本実施形態の燃料電池発電装
置によれば、同一単電池内に第１〜第３の電流検出手段
１９ａ〜１９ｃが設けられていることにより、単電池内
の３か所の電流分布が検出され、制御手段２３によりそ
の電流分布と基準電流の許容範囲とを比較することによ
り、予想される以外の異常を判断できる。そして、単電
池積層体２およびこれに接続された発電機器への影響を
抑制するために燃料電池を停止することにより、燃料電
池の劣化を防ぐことが可能となる。したがって、安定し
て長期間運転可能な燃料電池発電装置とすることができ
る。As described above, according to the fuel cell power generator of the present embodiment, since the first to third current detecting means 19a to 19c are provided in the same unit cell, the three unit cells in the unit cell are By detecting the current distribution at a certain place and comparing the current distribution with the allowable range of the reference current by the control means 23, it is possible to determine an abnormality other than expected. Then, by stopping the fuel cell in order to suppress the influence on the unit cell stack 2 and the power generation equipment connected thereto, deterioration of the fuel cell can be prevented. Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００６６】次に、本発明に係る燃料電池発電装置の運
転方法の一実施形態について説明する。Next, an embodiment of the method for operating the fuel cell power generator according to the present invention will be described.

【００６７】従来の技術で述べたように負荷移行過程で
は、カソード電極が窒素ガスで満たされている状態か
ら、酸化剤ガス供給側から酸化剤ガス排出側へ徐々に酸
素濃度が上昇する。このため、図１に示す第１〜第３の
電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出される電流は、電流
検出手段１９ｃ，１９ｂ，１９ａの順に電流が流れ始め
ることになる。特に、酸化剤ガスが排出側まで十分に供
給されることなく負荷電流を取り始めると、酸化剤ガス
供給側に電流が集中し、一時的に温度が上昇することが
考えられる。これに従い、制御手段２３では、インバー
タ２１に負荷電流２０の増加速度を低下または負荷電流
２０の増加を一時停止させる制御信号を出力して、電流
集中を抑制する。As described in the prior art, in the load transfer process, the oxygen concentration gradually increases from the oxidant gas supply side to the oxidant gas discharge side from the state where the cathode electrode is filled with nitrogen gas. Therefore, the currents detected by the first to third current detecting means 19a to 19c shown in FIG. 1 start to flow in the order of the current detecting means 19c, 19b, 19a. In particular, if the load current starts to be supplied without the oxidant gas being sufficiently supplied to the discharge side, the current may be concentrated on the oxidant gas supply side and the temperature may temporarily rise. Accordingly, the control means 23 outputs a control signal to the inverter 21 to decrease the increasing speed of the load current 20 or temporarily stop the increase of the load current 20 to suppress the current concentration.

【００６８】すなわち、負荷移行過程において、制御手
段２３は、第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃで
検出した電流が予め設定した基準電流の許容値と比較し
て、許容値を越えた場合、負荷電流増加速度を低下また
は負荷電流増加を一時停止するようにしている。That is, in the load transfer process, the control means 23 compares the current detected by the first to third current detecting means 19a to 19c with the preset allowable value of the reference current and exceeds the allowable value. In this case, the load current increase speed is reduced or the load current increase is temporarily stopped.

【００６９】このように本実施例の燃料電池発電装置に
よれば、単電池内に第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜
１９ｃが設けられていることにより、単電池内の３か所
の電流分布が検出され、制御手段２３によりその電流と
基準電流の許容範囲とを比較することにより、電流の異
常な集中を検出できる。そして、負荷電流２０の増加速
度を制御することにより、電流の異常な集中を防ぎ、燃
料電池の劣化を防ぐことが可能となる。したがって、安
定して長期間運転可能な燃料電池発電装置とすることが
できる。As described above, according to the fuel cell power generator of this embodiment, the first to third current detecting means 19a to
By providing 19c, the current distribution at three locations in the unit cell is detected, and the control means 23 compares the current with the allowable range of the reference current to detect abnormal concentration of the current. . Then, by controlling the increasing rate of the load current 20, it becomes possible to prevent abnormal concentration of the current and prevent deterioration of the fuel cell. Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００７０】なお、上記実施形態の運転方法において、
制御手段２３では、負荷変化過程において、第１〜第３
の電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出した電流が予め設
定した基準電流の許容値と比較して、許容値を越えた場
合、負荷電流変化速度を低下または負荷変化を一時停止
するようにしてもよい。これにより、上記実施形態の運
転方法と同様の効果が得られる。In the operating method of the above embodiment,
In the control means 23, in the load changing process, the first to third
The current detected by the current detecting means 19a to 19c may be compared with a preset reference current allowable value, and if the current exceeds the allowable value, the load current change speed may be reduced or the load change may be temporarily stopped. . As a result, the same effect as that of the driving method of the above embodiment can be obtained.

【００７１】図５は本発明に係る燃料電池発電装置の第
２実施形態を適用したリン酸型燃料電池の単電池積層体
の構造を示す分解斜視図である。なお、図８に示す従来
技術と同一または対応する部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。FIG. 5 is an exploded perspective view showing the structure of a unit cell stack of a phosphoric acid fuel cell to which the second embodiment of the fuel cell power generator according to the present invention is applied. It should be noted that the same or corresponding portions as those of the conventional technique shown in FIG.

【００７２】図５に示すように、単電池積層体２ａのほ
ぼ中央部のサブスタックとそれに接する冷却板４との間
には、電流測定器２４が挿入するように配置され、この
電流測定器２４は、その内部に第１〜第３の電流検出手
段１９ａ〜１９ｃを組み込んだ構造となっている。As shown in FIG. 5, a current measuring device 24 is arranged so as to be inserted between the sub-stack at the substantially central portion of the unit cell stack 2a and the cooling plate 4 in contact therewith. 24 has a structure in which first to third current detecting means 19a to 19c are incorporated.

【００７３】このような単電池積層体２ａを図１に示す
第１実施形態の構成に適用することにより、第１実施形
態と同等な作用および効果を得ることができる。したが
って、その詳細は前述した通りであるのでその説明を省
略する。By applying such a unit cell stack 2a to the structure of the first embodiment shown in FIG. 1, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. Therefore, the details thereof are as described above, and the description thereof will be omitted.

【００７４】なお、第２実施形態において、電流測定器
２４はサブスタックと冷却板４との間の少なくとも１か
所に配設されるようにすればよく、またその内部に組み
込む電流検出手段も少なくとも１個配設すればよい。In the second embodiment, the current measuring device 24 may be arranged at least at one place between the sub-stack and the cooling plate 4, and the current detecting means incorporated inside the current measuring device 24 may also be provided. At least one may be provided.

【００７５】図６は本発明に係る燃料電池発電装置の第
３実施形態を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料
電池の構成を示すブロック図である。なお、図１に示す
部分と同一部分については同一符号を付してその説明を
省略する。以下の実施形態でも同様とする。FIG. 6 is a block diagram showing the structure of a return-flow type phosphoric acid fuel cell to which the third embodiment of the fuel cell power generator according to the present invention is applied. The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The same applies to the following embodiments.

【００７６】図６に示すように、単電池積層体２には固
定抵抗回路２５が接続され、この固定抵抗回路２５は固
定抵抗２６ａ，２６ｂ〜２６ｎが並列に接続され、これ
らの固定抵抗２６ａ，２６ｂ〜２６ｎにそれぞれ遮断器
２７ａ，２７ｂ〜２７ｎが接続されている。As shown in FIG. 6, a fixed resistance circuit 25 is connected to the unit cell stack 2, and the fixed resistance circuit 25 is connected with fixed resistances 26a and 26b to 26n in parallel. Circuit breakers 27a and 27b to 27n are connected to 26b to 26n, respectively.

【００７７】制御手段２３では、停止操作において、第
１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出した電流
分布と、予め設定した基準電流の許容範囲とを比較し、
許容範囲を越えた場合に、固定抵抗回路２５の遮断器２
７ａ，２７ｂ〜２７ｎの少なくとも一つ開放することに
より、検出した電流を許容範囲に抑制するようにしてい
る。The control means 23 compares the current distribution detected by the first to third current detection means 19a to 19c with the preset allowable range of the reference current in the stop operation,
When exceeding the allowable range, the circuit breaker 2 of the fixed resistance circuit 25
By opening at least one of 7a and 27b to 27n, the detected current is suppressed within an allowable range.

【００７８】ところで、従来の技術で述べたように停止
操作では、カソード電極に酸化剤ガスとして空気が供給
されている状態から、窒素ガスにより酸化剤ガス供給側
から酸化剤ガス排出側へ残留空気が押し出され、電極表
面の酸素濃度が低下する。By the way, in the stop operation as described in the prior art, the residual air is supplied from the oxidant gas supply side to the oxidant gas discharge side by the nitrogen gas from the state where the air is supplied as the oxidant gas to the cathode electrode. Are extruded, and the oxygen concentration on the electrode surface decreases.

【００７９】このため、図６に示す第１〜第３の電流検
出手段１９ａ〜１９ｃで検出される電流は、共に減少す
ると同時に、電流検出手段１９ｃ，１９ｂ，１９ａの順
に電流がほとんど流れなくなると考えられる。Therefore, when the currents detected by the first to third current detecting means 19a to 19c shown in FIG. 6 both decrease, at the same time, when the currents hardly flow in the order of the current detecting means 19c, 19b, 19a. Conceivable.

【００８０】一方、電圧はある程度の面積の領域に空気
が存在すれば発生するので、平面内に部分的に電流が流
れない部分があるような状態においてもスタック電圧は
発生する。このスタック電圧と固定抵抗２６ａ，２６ｂ
〜２６ｎの抵抗値で決まる電流が電池に流れる。その結
果、電流集中が生じる可能性があり、これを第１〜第３
の電流検出手段１９ａ〜１９ｃにより検出することがで
きる。これに従い、制御手段２３では、固定抵抗回路２
５に接続された遮断器２７ａ，２７ｂ〜２７ｎの少なく
とも一つ以上を開放する制御信号を出力して、電流を減
少させる。On the other hand, the voltage is generated when air is present in a region having a certain area, so that the stack voltage is generated even in a state where a current does not flow partially in the plane. This stack voltage and fixed resistors 26a and 26b
A current determined by the resistance value of ~ 26n flows through the battery. As a result, there is a possibility that current concentration may occur.
Can be detected by the current detecting means 19a to 19c. According to this, in the control means 23, the fixed resistance circuit 2
A control signal for opening at least one of the circuit breakers 27a, 27b to 27n connected to 5 is output to reduce the current.

【００８１】このように第３実施実施形態の燃料電池発
電装置によれば、単電池内に第１〜第３の電流検出手段
１９ａ〜１９ｃが設けられていることにより、停止操作
において単電池内の３か所の電流が検出され、制御手段
２３によりその電流と基準電流の許容範囲とを比較する
ことにより、電流の異常な集中を検出できる。そして、
固定抵抗回路２５の遮断器２７ａ，２７ｂ〜２７ｎの少
なくとも一つ以上を開放して電池に流れる電流を減少さ
せることにより、電流の異常な集中を防ぎ、燃料電池の
劣化を防ぐことが可能となる。したがって、安定して長
期間運転可能な燃料電池発電装置とすることができる。As described above, according to the fuel cell power generator of the third embodiment, the first to third current detecting means 19a to 19c are provided in the unit cell, so that the unit cell is stopped during the stop operation. By detecting the currents at the three locations and comparing the currents with the allowable range of the reference current by the control means 23, the abnormal concentration of the currents can be detected. And
By opening at least one or more of the circuit breakers 27a, 27b to 27n of the fixed resistance circuit 25 to reduce the current flowing in the battery, it is possible to prevent abnormal concentration of the current and prevent deterioration of the fuel cell. . Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００８２】図７は本発明に係る燃料電池発電装置の第
４実施形態を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料
電池の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the structure of a return flow type phosphoric acid fuel cell to which the fourth embodiment of the fuel cell power generator according to the present invention is applied.

【００８３】図７に示すように、単電池積層体２には可
変抵抗器２８が接続されている。制御手段２３では、停
止操作において、第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜１
９ｃで検出した電流分布と、予め設定した基準電流の許
容範囲とを比較し、許容範囲を越えた場合に、可変抵抗
回路２８の抵抗値を変化させて、検出した電流を許容範
囲に抑制するようにしている。As shown in FIG. 7, a variable resistor 28 is connected to the unit cell stack 2. In the control means 23, in the stop operation, the first to third current detection means 19a-1
The current distribution detected in 9c is compared with a preset allowable range of the reference current, and when the allowable range is exceeded, the resistance value of the variable resistance circuit 28 is changed to suppress the detected current within the allowable range. I am trying.

【００８４】ところで、従来の技術で述べたように停止
操作では、カソード電極に酸化剤ガスとして空気が供給
されている状態から、窒素ガスにより酸化剤ガス供給側
から酸化剤ガス排出側へ残留空気が押し出され、電極表
面の酸素濃度が低下する。このため、図７に示した第１
〜第３の電流検出手段１９ａ〜１９ｃで検出される電流
は共に減少すると同時に、電流検出手段１９ｃ，１９
ｂ，１９ａの順に電流がほとんど流れなくなると考えら
れる。By the way, in the stop operation as described in the prior art, the residual air is supplied from the oxidant gas supply side to the oxidant gas discharge side by nitrogen gas from the state where the air is supplied as the oxidant gas to the cathode electrode. Are extruded, and the oxygen concentration on the electrode surface decreases. Therefore, the first shown in FIG.
The currents detected by the third current detecting means 19a to 19c both decrease, and at the same time, the current detecting means 19c, 19
It is considered that the current hardly flows in the order of b and 19a.

【００８５】一方、電圧はある程度の面積の領域に空気
が存在すれば発生するので、平面内に部分的に電流が流
れない部分があるような状態においてもスタック電圧は
発生する。このスタック電圧と可変抵抗の抵抗値で決ま
る電流が電池に流れる。その結果、電流集中が生じる可
能性があり、これを第１〜第３の電流検出手段１９ａ〜
１９ｃにより検出できる。これに従い、制御手段２３で
は、可変抵抗器２８の抵抗を大きくする制御信号を出力
して、電流を減少させる。On the other hand, the voltage is generated when air is present in a region having a certain area, so that the stack voltage is generated even in a state where a current does not flow partially in the plane. A current determined by the stack voltage and the resistance value of the variable resistor flows into the battery. As a result, current concentration may occur, which is caused by the first to third current detection units 19a to 19a.
It can be detected by 19c. Accordingly, the control means 23 outputs a control signal for increasing the resistance of the variable resistor 28 to reduce the current.

【００８６】このように第４実施実施形態の燃料電池発
電装置によれば、単電池内に第１〜第３の電流検出手段
１９ａ〜１９ｃが設けられていることにより、停止操作
において単電池内の３か所の電流が検出され、制御手段
２３によりその電流と基準電流の許容範囲とを比較する
ことにより、電流の異常な集中を検出できる。そして、
可変抵抗器２８の抵抗値を大きくして電池に流れる電流
を減少させることにより、電流の異常な集中を防ぎ、燃
料電池の劣化を防ぐことが可能となる。したがって、安
定して長期間運転可能な燃料電池発電装置とすることが
できる。As described above, according to the fuel cell power generator of the fourth embodiment, since the first to third current detecting means 19a to 19c are provided in the unit cell, the unit cell is stopped during the stop operation. By detecting the currents at the three locations and comparing the currents with the allowable range of the reference current by the control means 23, the abnormal concentration of the currents can be detected. And
By increasing the resistance value of the variable resistor 28 to reduce the current flowing through the cell, it is possible to prevent abnormal concentration of the current and prevent deterioration of the fuel cell. Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００８７】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、単電池積層体の少なくとも１個の単電池に、
その単電池の平面方向の電流分布を検出する直流電流検
出手段が少なくとも１個配設され、この電流検出手段に
反応ガスの供給流量および負荷電流を制御する制御手段
が接続され、この制御手段では、直流電流検出手段で検
出した電流分布と、予め設定した基準電流の許容範囲と
を比較し、許容範囲を越えた場合に、単電池積層体に供
給する反応ガスの供給流量および負荷電流の少なくとも
一方を制御するように構成し、単電池の平面方向の電流
分布を検出する手段を少なくとも一つ以上配設すること
により、予め設定した電流の許容範囲と比較することに
より、燃料ガス、酸化剤ガス、負荷電流の不足・過剰を
判断できる。これにより反応ガス流量の制御、負荷電流
の制御を行うことにより、電池の劣化を防ぐことがで
き、長期間運転できる燃料電池を提供することができ
る。As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to at least one unit cell of the unit cell stack,
At least one DC current detecting means for detecting the current distribution in the plane direction of the unit cell is provided, and the current detecting means is connected to the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current. Comparing the current distribution detected by the direct current detecting means with a preset allowable range of the reference current, and when exceeding the allowable range, at least the supply flow rate and the load current of the reaction gas supplied to the unit cell stack By controlling at least one of them and disposing at least one means for detecting the current distribution in the planar direction of the unit cell, the fuel gas and the oxidizer can be compared with the preset allowable current range. It is possible to judge the shortage / excess of gas and load current. Thus, by controlling the flow rate of the reaction gas and the load current, it is possible to prevent deterioration of the cell and provide a fuel cell that can be operated for a long period of time.

【００８８】請求項２によれば、請求項１記載の燃料電
池発電装置において、単電池の平面方向の電流分布を検
出する直流電流検出手段が少なくとも１個配設された電
流測定器を有し、この電流測定器がサブスタックと冷却
板との間の少なくとも１か所に配設されたことにより、
請求項１と同様の効果が得られる。According to a second aspect, in the fuel cell power generator according to the first aspect, there is provided a current measuring device provided with at least one direct current detecting means for detecting a current distribution in a plane direction of the unit cell. , The current measuring device being arranged at least at one place between the sub-stack and the cooling plate,
The same effect as the first aspect is obtained.

【００８９】請求項３によれば、請求項１記載の燃料電
池発電装置において、制御手段は、電流検出手段で検出
した電流分布と、予め設定した基準電流の許容範囲とを
比較し、許容範囲を越えた場合に、燃料電池を停止させ
るように構成されていることにより、請求項１と同様の
効果が得られる。According to a third aspect, in the fuel cell power generator according to the first aspect, the control means compares the current distribution detected by the current detection means with a preset allowable range of the reference current, and determines the allowable range. When the value exceeds the limit, the fuel cell is configured to be stopped, so that the same effect as that of the first aspect can be obtained.

【００９０】したがって、請求項１，請求項２および請
求項３の燃料電池発電装置においては、１個または複数
個の電流検出手段で検出した電流分布を、制御手段に予
め設定された基準電流の許容範囲と比較することによ
り、燃料ガス、酸化剤ガスのいずれが不足しているか、
あるいは負荷電流が過大であるか、あるいはそれ以外の
異常が生じているのかを判断することができる。そし
て、制御手段では、その結果に基づいて燃料ガス、酸化
剤ガスのうち少なくとも一つ以上を制御する、または電
池を保護停止することにより、電池の劣化を防止し、燃
料電池の性能を長期間に亘って維持し得るような、優れ
た燃料電池発電装置とすることができる。Therefore, in the fuel cell power generators of claims 1, 2 and 3, the current distribution detected by the one or more current detecting means is set to the reference current preset in the control means. Whether the fuel gas or oxidant gas is insufficient by comparing with the allowable range,
Alternatively, it is possible to determine whether the load current is excessive or whether any other abnormality has occurred. Then, the control means controls at least one or more of the fuel gas and the oxidant gas based on the result, or stops the protection of the battery to prevent deterioration of the battery and improve the performance of the fuel cell for a long time. It is possible to obtain an excellent fuel cell power generation device that can be maintained for a long time.

【００９１】請求項４によれば、単電池積層体の単電池
に反応ガスを供給して負荷電流を発生させる燃料電池発
電装置の運転方法において、発電を開始する過渡的な負
荷変化過程で、単電池の電流を電流検出手段により検出
し、この検出した電流が予め設定した基準電流の許容値
と比較して、許容値を越えた場合、負荷電流変化速度を
低下または負荷変化を一時停止することにより、電池平
面における局所的な過度電流集中を防止することができ
る。その結果、電池の劣化を防止し、燃料電池の性能を
長期間に亘って維持することができる。According to the fourth aspect of the present invention, in a method of operating a fuel cell power generator for supplying a reaction gas to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, in a transient load change process for starting power generation, The current of the unit cell is detected by the current detection means, and the detected current is compared with the preset allowable value of the reference current. If the detected current exceeds the allowable value, the load current change speed is reduced or the load change is suspended. As a result, it is possible to prevent local excessive current concentration on the battery plane. As a result, it is possible to prevent deterioration of the cell and maintain the performance of the fuel cell for a long period of time.

【００９２】請求項５によれば、単電池積層体の単電池
に反応ガスを供給して負荷電流を発生させる燃料電池発
電装置の運転方法において、発電を開始する過渡的な負
荷変化過程で、単電池の電流を電流検出手段により検出
し、この検出した電流が予め設定した基準電流の許容値
と比較して、許容値を越えた場合、負荷電流増加速度を
低下または負荷電流増加を一時停止することにより、請
求項４と同様の効果が得られる。According to the fifth aspect of the present invention, in a method of operating a fuel cell power generator in which a reaction gas is supplied to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, in a transient load change process for starting power generation, The current of the unit cell is detected by the current detection means, and the detected current is compared with the preset reference current allowable value, and if it exceeds the allowable value, the load current increase speed is reduced or the load current increase is temporarily stopped. By doing so, the same effect as in claim 4 is obtained.

【００９３】請求項６によれば、単電池積層体の少なく
とも１個の単電池に、その単電池の平面方向の電流分布
を検出する直流電流検出手段が少なくとも１個配設さ
れ、この電流検出手段に反応ガスの供給流量および負荷
電流を制御する制御手段が接続され、前記単電池積層体
に、並列に２つ以上の固定抵抗を配し、且つこれらの固
定抵抗にそれぞれ遮断器を接続してなる固定抵抗回路が
接続され、前記制御手段では、停止操作において、直流
電流検出手段で検出した電流分布と、予め設定した基準
電流の許容範囲とを比較し、許容範囲を越えた場合に、
固定抵抗回路の遮断器の少なくとも一つを開放すること
により、検出した電流を許容範囲に抑制するように構成
されていることにより、電流の異常な集中を防ぎ、燃料
電池の劣化を防ぐことが可能となる。したがって、安定
して長期間運転可能な燃料電池発電装置とすることがで
きる。According to the sixth aspect, at least one unit cell of the unit cell stack is provided with at least one direct current detecting means for detecting a current distribution in the plane direction of the unit cell. A control means for controlling the supply flow rate and load current of the reaction gas is connected to the means, two or more fixed resistors are arranged in parallel in the unit cell stack, and a circuit breaker is connected to each of these fixed resistors. The fixed resistance circuit is connected, and in the control means, in the stop operation, the current distribution detected by the direct current detection means is compared with the preset allowable range of the reference current, and when the allowable range is exceeded,
By opening at least one of the circuit breakers in the fixed resistance circuit, the detected current is suppressed within an allowable range, which prevents abnormal concentration of current and deterioration of the fuel cell. It will be possible. Therefore, the fuel cell power generator can be stably operated for a long period of time.

【００９４】請求項７によれば、単電池積層体の少なく
とも１個の単電池に、その単電池の平面方向の電流分布
を検出する直流電流検出手段が少なくとも１個配設さ
れ、この電流検出手段に反応ガスの供給流量および負荷
電流を制御する制御手段が接続され、単電池積層体に可
変抵抗回路が接続され、制御手段では、停止操作におい
て、直流電流検出手段で検出した電流分布と、予め設定
した基準電流の許容範囲とを比較し、許容範囲を越えた
場合に、可変抵抗回路の抵抗を変化させて、検出した電
流を許容範囲に抑制するように構成されていることによ
り、請求項６と同様の効果が得られる。According to the present invention, at least one unit cell of the unit cell stack is provided with at least one direct current detecting means for detecting a current distribution in the plane direction of the unit cell. Control means for controlling the supply flow rate and load current of the reaction gas is connected to the means, the variable resistance circuit is connected to the unit cell stack, the control means, in the stop operation, the current distribution detected by the direct current detection means, By comparing the preset reference current with an allowable range and changing the resistance of the variable resistance circuit when the allowable range is exceeded, the detected current is configured to be suppressed within the allowable range. An effect similar to that of Item 6 is obtained.

[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の第１実施形態
を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料電池の構成
を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a return flow type phosphoric acid fuel cell to which a first embodiment of a fuel cell power generator according to the present invention is applied.

【図２】燃料ガス流量と電池平面内の電流との関係を示
す図。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a fuel gas flow rate and a current in a cell plane.

【図３】酸化剤ガス流量と電池平面内の電流との関係を
示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an oxidant gas flow rate and a current in a plane of a battery.

【図４】負荷電流と電池平面内の電流との関係を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a load current and a current in a plane of a battery.

【図５】本発明に係る燃料電池発電装置の第２実施形態
を適用したリン酸型燃料電池の単電池積層体の構造を示
す分解斜視図。FIG. 5 is an exploded perspective view showing the structure of a unit cell stack of a phosphoric acid fuel cell to which a second embodiment of a fuel cell power generator according to the present invention is applied.

【図６】本発明に係る燃料電池発電装置の第３実施形態
を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料電池の構成
を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a return flow type phosphoric acid fuel cell to which a third embodiment of a fuel cell power generator according to the present invention is applied.

【図７】本発明に係る燃料電池発電装置の第４実施形態
を適用したリターンフロー形のリン酸型燃料電池の構成
を示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a return flow type phosphoric acid fuel cell to which a fourth embodiment of a fuel cell power generator according to the present invention is applied.

【図８】従来のリン酸型燃料電池の構成を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of a conventional phosphoric acid fuel cell.

[Explanation of symbols]

１単電池１ａアノード電極１ｂカソード電極１ｃマトリックス層（電解質層）１ｄレーシングストライプ１ｅレーシングストライプ２単電池積層体３ガス分離板４冷却板５マニホールド５ａ第１マニホールド５ｂ第２マニホールド６集電板７ａリターンマニホールド７ｂリターンマニホールド８燃料ガス供給路９燃料ガス排出路１０酸化材ガス供給路１１酸化材ガス排出路１２燃料ガス流量調節弁１３酸化材ガス流量調節弁１４燃料ガス切替弁１５酸化材ガス切替弁１６不活性ガス供給管１７冷媒流通路１８冷媒排出路１９ａ第１の電流検出手段１９ｂ第２の電流検出手段１９ｃ第３の電流検出手段２０負荷電流２１インバータ２２出力制御装置２３制御手段２４電流測定器２５固定抵抗回路２６ａ，２６ｂ〜２６ｎ固定抵抗２７ａ，２７ｂ〜２７ｎ遮断器２８可変抵抗器 1 Cell 1a Anode Electrode 1b Cathode Electrode 1c Matrix Layer (Electrolyte Layer) 1d Racing Stripe 1e Racing Stripe 2 Cell Stack 3 Gas Separation Plate 4 Cooling Plate 5 Manifold 5a 1st Manifold 5b 2nd Manifold 6 Current Collector 7a Return Manifold 7b Return manifold 8 Fuel gas supply path 9 Fuel gas discharge path 10 Oxidizing material gas supply path 11 Oxidizing material gas discharging path 12 Fuel gas flow rate control valve 13 Oxidizing material gas flow rate control valve 14 Fuel gas switching valve 15 Oxidizing material gas switching valve 16 Inert Gas Supply Pipe 17 Refrigerant Flow Path 18 Refrigerant Discharge Path 19a First Current Detection Means 19b Second Current Detection Means 19c Third Current Detection Means 20 Load Current 21 Inverter 22 Output Controller 23 Control Means 24 Current Measurement Vessel 25 fixed resistance times 26a, 26b~26n fixed resistor 27a, 27b~27n breaker 28 variable resistor

Claims

[Claims]

1. A unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between each unit cell to form a sub-stack. In a fuel cell power generation device comprising a plurality of stacks and cooling plates alternately stacked to form a unit cell stack, at least one unit cell of the unit cell stack has a current distribution in a plane direction of the unit cell. At least one direct current detecting means for detecting the current is provided, and the current detecting means is connected to the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current.
In this control means, the current distribution detected by the direct current detection means is compared with a preset allowable range of the reference current, and when the allowable range is exceeded, the supply of the reaction gas to be supplied to the unit cell stack is supplied. A fuel cell power generator configured to control at least one of a flow rate and a load current.

2. The fuel cell power generator according to claim 1, further comprising a current measuring device provided with at least one direct current detecting means for detecting a current distribution in a plane direction of the unit cell,
A fuel cell power generator in which the current measuring device is arranged at least at one location between the sub-stack and the cooling plate.

3. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the control means has a current distribution detected by the current detection means,
A fuel cell power generator, characterized in that it is configured to compare a preset reference current with an allowable range and stop the fuel cell when the allowable range is exceeded.

4. A method of operating a fuel cell power generator for supplying a reaction gas to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, wherein the current of the unit cell is changed during a transient load change process for starting power generation. Is detected by the current detection means, and the detected current is compared with a preset allowable value of the reference current,
A method of operating a fuel cell power generator, comprising: decreasing a load current change speed or temporarily stopping a load change when the allowable value is exceeded.

5. In a method of operating a fuel cell power generator that supplies a reaction gas to a unit cell of a unit cell stack to generate a load current, the current of the unit cell is changed during a transient load change process for starting power generation. Is detected by the current detection means, and the detected current is compared with a preset allowable value of the reference current,
A method for operating a fuel cell power generator, comprising: decreasing a rate of increase in load current or suspending an increase in load current when the allowable value is exceeded.

6. A unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between the unit cells to form a sub-stack. In a fuel cell power generation device comprising a plurality of stacks and cooling plates alternately stacked to form a unit cell stack, at least one unit cell of the unit cell stack has a current distribution in a plane direction of the unit cell. At least one direct current detecting means for detecting the current is provided, and the current detecting means is connected to the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current.
A fixed resistance circuit, in which two or more fixed resistors are arranged in parallel and a circuit breaker is connected to each of the fixed resistors, is connected to the unit cell stack, and the control means, in the stop operation, The current distribution detected by the DC current detecting means is compared with a preset allowable range of the reference current, and when the allowable range is exceeded, detection is performed by opening at least one of the circuit breakers of the fixed resistance circuit. A fuel cell power generator characterized in that it is configured to suppress the generated current within an allowable range.

7. A unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between the unit cells to form a sub-stack. In a fuel cell power generation device comprising a plurality of stacks and cooling plates alternately stacked to form a unit cell stack, at least one unit cell of the unit cell stack has a current distribution in a plane direction of the unit cell. At least one direct current detecting means for detecting the current is provided, and the current detecting means is connected to the control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas and the load current.
A variable resistance circuit is connected to the unit cell stack, and the control means compares the current distribution detected by the DC current detection means with a permissible range of a preset reference current in the stop operation, and determines the permissible range. A fuel cell power generator, characterized in that, when it exceeds, the resistance of the variable resistance circuit is changed to suppress the detected current within an allowable range.